Kubernetes 全栈实战与性能原理教程

从 Linux 底层到 Kubernetes 生产实践的完整学习路径

文档总览

本系列文档涵盖了从 Linux 基础到 Kubernetes 全栈的完整知识体系，包含理论讲解、实战案例和生产调优经验。

文档结构

序号	文档	内容概要
01	Linux基础与系统原理	进程调度、内存管理、网络栈
02	Kubernetes网络深度解析	CNI原理、Service转发、网络排障
03	Kubernetes存储管理实战	PV/PVC、CSI驱动、性能测试
04	Kubernetes调度器深度解析	调度流程、资源隔离、亲和性
05	Kubernetes性能调优实战	CPU/内存/IO/网络调优
06	CNI与eBPF网络深度实践	Flannel/Calico/Cilium实验
07	Kubernetes生产级调优案例	高并发/AI/数据库真实场景
08	命令速查与YAML模板库	常用命令、配置模板、决策树
09	实验环境快速搭建	一键部署脚本、环境验证
10	面试题库与进阶路径	50+面试题、学习路线、认证
11	网络存储大文件排查专项	生产环境疑难问题处理全指南

快速开始

环境准备

最低配置：

CPU: 4核
内存: 8GB
磁盘: 50GB
系统: Linux/macOS

推荐配置：

CPU: 8核
内存: 16GB
磁盘: 100GB SSD

一键部署实验环境

# 使用 kind 快速搭建（推荐）
curl -Lo ./kind https://kind.sigs.k8s.io/dl/v0.20.0/kind-linux-amd64
chmod +x ./kind
sudo mv ./kind /usr/local/bin/kind

# 创建集群
cat <<EOF | kind create cluster --name lab --config=-
kind: Cluster
apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4
nodes:
- role: control-plane
- role: worker
- role: worker
EOF

# 验证
kubectl get nodes

详细步骤请参考：实验环境快速搭建

📖 文档特色

理论与实践结合

每个知识点都包含：

原理讲解：深入浅出的技术原理
实战案例：可直接运行的完整示例
故障排查：真实场景的问题分析

命令可直接运行

所有命令都经过验证：

kubectl run test-1 --image=busybox --rm -it -- sh
ping 10.244.1.10

完整的实验环境

提供一键部署脚本：

kind/k3s/minikube 快速搭建
kubeadm 多节点集群
监控栈（Prometheus + Grafana）
存储后端（NFS/Local Path）

生产级最佳实践

来自真实生产环境的经验：

高并发 API 集群（10万 QPS）
AI 推理服务优化（850 images/s）
数据库高可用（RTO < 3分钟）

核心知识点

Linux 基础

主题	核心技术
进程调度	CFS、vruntime、GMP 模型、NUMA
内存管理	虚拟内存、页表、OOM Killer、cgroups
网络栈	netns、veth pair、iptables、conntrack

Kubernetes 网络

主题	核心技术
CNI	Flannel VXLAN、Calico BGP、Cilium eBPF
Service	iptables/IPVS/eBPF 模式对比
DNS	CoreDNS 配置、解析优化
排障	分层排查、工具使用、案例分析

Kubernetes 存储

主题	核心技术
Volume	PV/PVC、StorageClass、动态供应
CSI	驱动架构、实现原理、常用驱动
性能	fio 测试、文件系统选型、I/O 调度

Kubernetes 调度

主题	核心技术
流程	Filter/Score/Bind 阶段
策略	节点亲和性、Pod 亲和性、污点容忍
资源	Cgroups 隔离、QoS 分级、NUMA 感知

性能调优

主题	核心技术
CPU	Throttling 分析、quota 调整
内存	OOM 排查、泄漏定位、swappiness
网络	MTU 优化、CNI 性能对比
存储	iostat 分析、I/O 优化

🛠️ 工具清单

基础工具

# 必装工具
kubectl         # Kubernetes 客户端
docker          # 容器引擎
helm            # 包管理器
git             # 版本控制

# 网络工具
curl            # HTTP 测试
tcpdump         # 抓包分析
nslookup/dig    # DNS 查询
iperf3          # 带宽测试

# 性能工具
top/htop        # 系统监控
iostat          # I/O 监控
perf            # 性能分析
fio             # I/O 测试

高级工具

# CNI 工具
calicoctl       # Calico 管理
cilium          # Cilium 管理

# 监控工具
prometheus      # 指标采集
grafana         # 可视化
jaeger          # 链路追踪

# eBPF 工具
bpftrace        # eBPF 脚本
bcc-tools       # eBPF 工具集